無時標雷達信號延時測定系統在線測試的實現

汪勇

（上海民航華東通信網絡發展有限公司，上海，200335）

0 引言

無時標雷達信號延時測定系統是上海民航華東通信網絡發展有限公司和北京恒光科技公司聯合開發的一套跨區域分布式軟硬件集成化系統，該系統基于雷達信號編解碼壓縮技術和GPS 技術，來對雷達信號傳輸前后兩端進行精確時間測定，最終得出信號延遲并加以監控和管理。

雷達信號對延時、延時抖動等參數較為敏感，特別是目前大部分地區自動化系統采用了多雷達信號融合技術以后，單路信號過大的延時可能造成空管自動化系統[1]大面積告警從而影響管制正常工作。如果在雷達信號進入自動化前端就能監測到信號的異常延遲，提前對該路信號進行監測和管控，就能有效避免其對管制運行的影響。

1 雷達信號延遲或跳變對自動化系統的影響

空管自動化系統是目前國內管制運行指揮高效運行的核心系統，在機場日常航班起降指揮、流量管理等方面發揮著巨大的作用。而雷達信號作為空管自動化系統的信號源，其穩定性和可靠性直接影響著空管系統的正常安全運行。為了保證雷達信號的精度和可靠性，目前空管自動化系統多采用多雷達融合處理機制來對同一目標的多個雷達源信號進行處理。但對于同一飛行器，不同地區的雷達信號經過不同路由傳輸到區管自動化系統，可能存在延時差，這些延時差在一定范圍內可以被自動化系統所接受，但大于一定閾值或者跳變過于劇烈時，系統將自動丟棄故障路雷達送來的信息并重建目標信號[2]，從而引發目標丟失的問題，該問題嚴重時可能引起自動化系統大面積告警，影響管制運行。因此，針對此類狀況，雷達信號延測系統被設計開發出來，目的即是在雷達信號在進入自動化系統之前知曉其延時值，以利于進行先期管理和控制，如果信號延時過大可能會被干預或下線。

2 雷達信號延時測定原理

雷達信號延時測定系統在測定雷達信號延時的原理如圖1 所示。首先，該系統面向的對象是相對使用時間較長的老一代空管雷達系統（例如全國各地使用較為廣泛的ALENIA雷達），這些雷達系統輸出信號不含有時間信息；對于新一代雷達系統，如indra 雷達系統，其雷達信號輸出含有內賦GPS 時間戳信息，該信息在輸出至自動化系統時，通過和自動化系統的GPS 時間信息作比對，可以較為容易的得出該路雷達信號的傳輸延遲，因此對有時間戳的雷達信號不在本文討論之列。難點在于那些輸出信號不含有GPS 時間信息的老雷達系統，如果要測定該路信號的延遲，必須考慮在前端信號通過某種方式加入時間信息，在輸出端對時間信息進行處理。因此該延時測定系統主要由雷達源端的探針采集設備，和雷達最終用戶端輸出的系統集中器組成，通常系統首尾兩端是跨區域的、由廣域網絡連接的。在雷達源端，雷達分配器向探針設備輸出若干路源端雷達信號，探針接收后，利用本端GPS 提供的精準時鐘信息給信號插入時間戳，并通過編碼打包壓縮將信號輸出至帶外網絡；同一分配器輸出的生產用雷達信號經過廣域網傳輸不變，在用戶端旁路輸出至系統集中器，集中器將實際雷達信號進行幀定位校準，與帶外網絡輸出的基準信號比對，解出時間差，即得到各路雷達的時延值。

圖1 無時標雷達信號延時測定系統原理

該系統通過對雷達數據幀的解析，還包含偵測扇區錯誤、正北幀錯誤和偏差等功能，對雷達信號的質量進行較為全面的監控。

3 系統在華東DDN 網濟南節點測試方案

圖2 延時測試系統濟南DDN 節點測試方案

民航華東DDN 網是一個主要覆蓋華東十大空管分局（空管站）和部分地方小機場的、主要為空中交通管制提供雷達、轉報、甚高頻等基礎信息服務的廣域網絡，該網絡從1997 年開始建設，運營服務至今已超過二十年；當前隨著各地空管基礎設施的建設，其網絡規模目前還在增加，且其服務范圍已經延伸擴展到了中南（廣州）和華北（北京）區域。該網絡主要采用VANGUARD 公司系列路由器，支持vanguard7330、6840、6455、6435、3860 等多個系列，網絡結構劃分為核心層、匯接層和接入層三個圈層，其中核心層在上海虹橋，匯接層節點在各空管分局站，接入層在各空管分局站和地方小機場。

民航華東DDN 網主要承擔著華東地區各類空中交通管制業務（雷達、轉報和甚高頻信號）的傳輸，其網絡是一個星型結構形式，設備采用美國Vanguard 路由器，中心節點至各個分節點之間的中繼線路以OSI 參考模型中的幀中繼協議來實現數據包的有效交換。整個網絡7×24 小時不間斷運行，目前是華東地區雷達、轉報等信號的主要承載網絡。本文所述及的雷達信號延測系統的在線測試，就選擇在華東DDN 網的核心層（上海虹橋）與匯接層和接入層（山東濟南）節點之間展開。具體部署方案如圖2 所示。

為了提高測試效率，方便設備調試和全面掌握測試結果，該系統上線測試的設備集中放置于濟南端進行，即原始信號采集的探針設備和最終信號集中器均放置在濟南空管雷達終端機房；但在測試信號走向上，通過技術手段采用濟南上海虹橋濟南的迂回路由，以檢驗測試效果。

為了配合測試，我們需要將同一雷達分配器引接出來的兩路雷達信號，一路接入生產網絡，一路作為基準信號輸出至該系統的前端信號采集設備，信號采集設備將雷達信號加入GPS 時間戳信息，并將信號編碼壓縮后作為基準信號經帶外網絡傳輸至后端。為了較為充分地測試系統功能，我方測試方案設計將雷達實際信號從濟南傳輸至上海后，通過技術手段再折返回濟南；同時將采集器輸出的基準雷達信號也經過華東DDN 網傳輸至上海虹橋，再折返回濟南雷達終端機房，最終輸出至恒光集中器。在網絡的配置上，我們在華東DDN 網虹橋10005 測試節點上，建立INTERNAL DSD 廣播，該廣播呼叫濟南ALENIA B 路雷達輸入端口，濟南測試設備輸出端口呼叫該路廣播，從而實現雷達信號的迂回。在探針設備輸出的濟南ALENIA B 路雷達基準信號也采用類似的配置從DDN 網內經上海虹橋迂回至濟南。在濟南的集中器，同時接收到實際ALENIA B 路雷達信號和基準ALENIA B 路雷達信號，經過信號處理、幀定位校準以及時間戳解析，輸出了兩路雷達信號時延,其實際值大概在270ms 左右。雷神B 路信號也做了類似的測試。

4 華東DDN 網濟南節點測試效果

經過該系統在華東DDN 網濟南節點為期兩周的測試，成功測定了濟南ALENIA B 路雷達信號和雷神B 路信號的延時，也發現了該路雷達在傳輸過程中有陣發性的幀錯誤和正北丟失的狀況。本次系統上線測試驗證了該系統的技術可行性，也在實際生產環境中發現了該系統在諸如不同雷達分配器輸出信號不完全一致下的可用性、以及系統在雷達幀校準和定位等方面的問題并加以改進，為該系統在2019 年華東地區的正式部署奠定了基礎，也為進一步提高華東地區空管運行質量作出了積極和有效的的探索。